第1章数控加工工艺基础

1、数控加工技术周文玉杜国臣赵先仲李伟主编高等教育出版社第章数控加工工艺基础 数字控制（数字控制（NCNC）是是指用数字信号形成的控制指令控制机床对工件进行指用数字信号形成的控制指令控制机床对工件进行切削加工的一门技术。切削加工的一门技术。 数控机床（数控机床（Numerical Control Machine ToolsNumerical Control Machine Tools）：）：将加工过程所需将加工过程所需要的各种操作要的各种操作( (如主轴变速、松夹工件、进刀与退刀、开车与停车、如主轴变速、松夹工件、进刀与退刀、开车与停车、选择刀具、供给冷却液等）和步骤以及刀具与工件之间的相对位移量

2、选择刀具、供给冷却液等）和步骤以及刀具与工件之间的相对位移量都用数字化的代码表示。都用数字化的代码表示。1 1、数控机床的加工特点、数控机床的加工特点（1 1）加工精度高、质量稳定）加工精度高、质量稳定 (2) (2) 能完成普通机床不能完成的能完成普通机床不能完成的 的加工的加工（3 3）生产效率高）生产效率高（4 4）一机多用一机多用（5 5）自动化程度高、劳动强度低）自动化程度高、劳动强度低 第章数控加工工艺基础 工艺处理程序编制毛坏或半成品数学处理输数加工图样数控编程加工程序入控数控机床程序仿真装系 置统成品译码、数据处理、插补、伺服控制1.4 数控机床技术的发展数控机床技术的发展 1

3、. 1.发展历程发展历程19491949年美国年美国ParsonParson公司与麻省理工学院开始合作研制数控机公司与麻省理工学院开始合作研制数控机床。床。19521952年研制出能进行三轴控制的数控铣床样机。年研制出能进行三轴控制的数控铣床样机。19531953年麻省理工学院开发出只需确定零件轮廓、指定切削路年麻省理工学院开发出只需确定零件轮廓、指定切削路线，即可生成线，即可生成NCNC程序的自动编程语言。程序的自动编程语言。19481948年，美国年，美国ParsonParson公司接受美国空军委托，研制飞机螺旋桨公司接受美国空军委托，研制飞机螺旋桨叶片轮廓样板的加工设备。由于样板形状复杂

4、多样，精度要求叶片轮廓样板的加工设备。由于样板形状复杂多样，精度要求高，一般加工设备难以适应，于是提出数控机床的设想。高，一般加工设备难以适应，于是提出数控机床的设想。 2 2、数控机床的发展、数控机床的发展 1955 195519591959，晶体管，晶体管1952195219551955，电子管，电子管 1959195919651965，小，小规模集成电路规模集成电路 硬线数控硬线数控 1974- 1974-微处理器微处理器 (MCNC)(MCNC) 1979 1979超大规模集成电路超大规模集成电路 (VLIC)(VLIC)19701970（1970197019741974），），小型计

5、算机小型计算机 19941994PC-NCPC-NC计算机数控计算机数控2 2、数控机床的发展、数控机床的发展第第1代数控机床代数控机床：1952年年1959年采用电子管年采用电子管元件构成的专用数控装置（元件构成的专用数控装置（NC）。）。第第2代数控机床代数控机床：从：从1959年开始采用晶体管电路年开始采用晶体管电路的的NC系统。系统。第第3代数控机床代数控机床：从：从1965年开始采用小、中规模年开始采用小、中规模集成电路的集成电路的NC系统。系统。 以上三代都是采用专用计算机的硬逻辑数控系统。装有这类数控系统的以上三代都是采用专用计算机的硬逻辑数控系统。装有这类数控系统的机床为硬件数

6、控机床，简称机床为硬件数控机床，简称NC机床。机床。第第4代数控机床：从代数控机床：从1970年开始采用大规模集成电年开始采用大规模集成电路的小型通用电子计算机控制的系统（路的小型通用电子计算机控制的系统（CNC）。）。第第5代数控机床：从代数控机床：从1974年开始采用微型计算机控年开始采用微型计算机控制的系统（制的系统（MNC）。）。 工艺工艺分析分析数控数控加工加工程序程序工序工序卡卡BACKSPACECTRLINSCRTABALT0SHIFT畗 ZEND 瑌WHOME瘆 TPgDn瓆 OPgUp JRST E65“432？198:7 YXVU SRPQ NMKL IHFG DCABES

7、C14彩 色显 示 器空 运 行Z轴 锁 定 M S T锁 定任 选 程 序 段机 床 锁 定快 进+ JO G-JO G主 轴 正 转主 轴 停主 轴 反 转急 停超 程 解 除循 环 驱 动 进 给 保 持 冷 却 液 开 关刀 松 /刀 紧主 轴 修 调16010进 给 修 调16050403020100电 源关开1自 动方 式 选 择回 零手 摇点 动步 进单 段驱 动 器N C机 床电 源XY Z A主 轴超 程报 警手 摇 脉 冲 发 生 器2010 090增 量 倍 率1000101001坐 标 轴 选 择Z YX传统加工传统加工数控加工数控加工 传统加工与数控加工的比较传统加工

8、与数控加工的比较 1 1、数控机床的工作原理、数控机床的工作原理数控机床与普通机床数控机床与普通机床的工弱的工弱比较：比较： 数控机床在普通机床基础上增加了对机床运动和动作自动控制 的功能部件，使数控机床的工序内容具体、工序内容复杂。 1.2.2数控加工工艺设计数控加工工艺设计 .数控加工工艺分析数控加工工艺分析 1 1）零件图样上尺寸数据的标注应符合编程方便的原则；）零件图样上尺寸数据的标注应符合编程方便的原则； 2 2）零件各加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点。）零件各加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点。 内槽圆角半径不应过小。内槽圆角半径不应过小。 （2 2）零件的结构工艺性

9、应符合数控加工的要求 1 1）零件的内腔和外形最好采用统一的几何类型和尺寸，这样可以减少刀具规格和换刀次数，使编程方便，提高生产效率。 2 2）内槽圆角的大小决定着刀具直径的大小，所以内槽圆角半径不应太小。 3 3）零件铣槽底平面时，槽底圆角半径r r不要过大。 肋板的高度与内转接肋板的高度与内转接 底板与肋板的转接底板与肋板的转接 槽底圆角应小些，以提高工艺性和效率。槽底圆角应小些，以提高工艺性和效率。r越大，加工平越大，加工平能力越差。能力越差。 2.加工方法与加工方案的确定1)在保证加工精度的条件下，考虑经济性和生产效率2)根据表面精度和表面粗糙度的要求确定加工方法3.工序与工步的划分（

10、1 1）工序划分）工序划分1 1）按零件装卡定位方式划分工序：提高效率；）按零件装卡定位方式划分工序：提高效率；2 2）按粗、精加工划分工序：减少误差复映，提高加工精度；）按粗、精加工划分工序：减少误差复映，提高加工精度；3 3）按所用刀具划分工序：减少换刀次数。）按所用刀具划分工序：减少换刀次数。（2 2）工步的划分）工步的划分 工步的划分主要从工步的划分主要从加工精度加工精度和和效率效率两方面考虑。两方面考虑。工步划分的原则：工步划分的原则： 1 1）同一表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成，）同一表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成，或全部加工表面按先粗后精加工分开进行。或全部加工表

11、面按先粗后精加工分开进行。2 2）对于既有铣面又有镗孔的零件，可先铣面后镗孔。）对于既有铣面又有镗孔的零件，可先铣面后镗孔。3 3）按刀具划分工步。）按刀具划分工步。 3）按刀具划分工序 数控加工过程中，为了减少换刀次数，可采用刀具集中工序，即用同一把刀具把零件上相应的部位都加工完，再换第二把刀具继续加工。（四）定位与夹紧方式的确定 (1)力求设计基准、工艺基准与编程原点统一，以减少基准不重合误差和数控编程中的计算工作量。 (2)设法减少装夹次数，尽可能做到一次定位装夹后能加工出工件上全部或大部分待加工表面，以减少装夹误差，提高加工表面之间的相反位置精度，充分发挥数控机床的效率。 (3)避免采

12、用占机人工调整式方案，以免占机时间太多，影响加工效率。切削用量的选择切削用量的选择 切削速度切削速度(V)吃刀量吃刀量ap进给量进给量 可根据实际经可根据实际经验或查阅有关手册。验或查阅有关手册。数控机床的使用说数控机床的使用说明书上一般都会给明书上一般都会给出切削参数的推荐出切削参数的推荐值。值。粗加工时，应尽可能提高在单位时间内切除较多的粗加工时，应尽可能提高在单位时间内切除较多的金属量和保证刀具一定的耐用度。金属量和保证刀具一定的耐用度。精加工时首先要保证零件的加工精度和表面质量，精加工时首先要保证零件的加工精度和表面质量，同时兼顾刀具耐用度和生产率。同时兼顾刀具耐用度和生产率。paiD

13、vn/1000 3切削用量选择实例 以其切削用量的选择计算如下o (1)38底孔钻削。查切削用量手册，高速钢钻头钻削灰铁时的切削速度为21-36mmm，进给量为0.3-0.3mmr，取Vc24m/min，f=0.2mmr，计算主轴转速为n=200r/min,Vf=40mm/min.(3)切削速度 Vc(mm/min)的选择 根据已经选定的背吃刀量、进给量及刀具耐用度选择切削速度Vc，可用经验公式计算，也可根据生产实践经验在机床说明书允许的切削速度范周内否表选取或者参考有关切削用量手册选用。 切削速度Vc确定后，计算出机床丰轴转速按机床说明书选择与所算转速n接近的转速，并填入程序单：（6 6）数

14、控工序的设计，如工步、刀具选择、夹具定位）数控工序的设计，如工步、刀具选择、夹具定位与安装、走刀路线确定、测量、切削用量的确定等；与安装、走刀路线确定、测量、切削用量的确定等；仿形进给路线仿形进给路线，用用于铸、锻件毛坯时于铸、锻件毛坯时进给路线较短。进给路线较短。三角形进给路线三角形进给路线，适用于棒料毛坯，适用于棒料毛坯，进给路线较长。进给路线较长。矩形进给路线矩形进给路线，适用于棒适用于棒料毛坯，进给路线较短。料毛坯，进给路线较短。 一般一般1为为mm5mm，螺距大和精度高时取大值，反之取小值；，螺距大和精度高时取大值，反之取小值； 2一般为一般为1的的1/3到到1/5。这样保证切削螺纹

15、时，在升速完成后使刀具接触。这样保证切削螺纹时，在升速完成后使刀具接触工件，刀具离开工件后再降速。若螺纹收尾处没有退刀槽，收尾处的形状工件，刀具离开工件后再降速。若螺纹收尾处没有退刀槽，收尾处的形状与数控系统有关，一般按与数控系统有关，一般按45退刀收尾。退刀收尾。1.1.顺铣和逆铣对加工影响顺铣和逆铣对加工影响 在铣削加工中，采用顺铣还是逆铣方式是影响加工表面粗糙度在铣削加工中，采用顺铣还是逆铣方式是影响加工表面粗糙度的重要因素之一。由于数控机床传动采用滚珠丝杠结构，其进给传的重要因素之一。由于数控机床传动采用滚珠丝杠结构，其进给传动间隙很小，顺铣的工艺性优于逆铣。动间隙很小，顺铣的工艺性优

16、于逆铣。2.1.5 2.1.5 加工路线的确定加工路线的确定 1 1、应保证被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率高；、应保证被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率高；外轮廓加工刀具的外轮廓加工刀具的切入和切出过渡切入和切出过渡 内轮廓加工刀具的内轮廓加工刀具的切入和切出过渡切入和切出过渡原点刀具运动轨迹取消刀具补偿点圆弧切入点原点切入点切出点刀具运动轨迹(a)铣削外圆加工路径(b)铣削内圆加工路径注意：铣削平面轮廓时，刀具的切入、切出。注意：铣削平面轮廓时，刀具的切入、切出。 (a)(a)行切法行切法 (b)(b)环切法环切法 (c)(c)行切行切+ +环切法环切法 封闭凹槽加工走刀路线封闭凹槽

17、加工走刀路线3.3. 铣削曲面走到路线的分析铣削曲面走到路线的分析 铣削曲面时，常用铣削曲面时，常用球头刀球头刀采用采用“行切法行切法”进行加工。所谓进行加工。所谓行切法行切法是指刀具与是指刀具与零件轮廓的切点轨迹是一行一行的，而行间的距离是按零件加工精度的要求确定零件轮廓的切点轨迹是一行一行的，而行间的距离是按零件加工精度的要求确定。（a）（b）（a）（b）（c）巧妙安排空行程进给路线巧妙安排空行程进给路线 对点位控制的数控机床而言，要求定位精度高，定位过程尽可能对点位控制的数控机床而言，要求定位精度高，定位过程尽可能快，因此这类机床应按空程最短来安排走刀路线，如图（快，因此这类机床应按空程

18、最短来安排走刀路线，如图（c c）所示，以）所示，以节省加工时间。节省加工时间。 孔系加工方案比较孔系加工方案比较（2）确定）确定Z向（轴向）的进给路线向（轴向）的进给路线刀具在Z向的进给路线分为快速移动进给路线和工作进给路线。初始平面R平面初始平面R平面刀具先从初始平面快速运动刀距工件加工表面一定距离的R平面，然后按工作进给速度进行加工在工作进给路线中，工作进给距离Zf，包括被加工孔的深度H，刀具的切入距离Za和切出距离Z0（加工通孔）加工不通孔时，工作进给距离为 ZfZaHTt加工通孔时，工作进给距离为 ZfZaHZ0Tt510510攻螺纹5835镗孔51035铣削5835扩孔5835铰孔5823钻孔毛 坯表面已 加 工表面 表 面 状 态加工方式毛 坯表面已 加 工表面 表面状态加工式切入、切出距离的经验数据平面平面八、工艺文件的制订 1.1.数控加工工序卡 、数控刀具卡片、数控刀具卡片1.1.直线段逼近非圆曲线的计算直线段逼近非圆曲线的计算 等间距直线逼近法：等间距直线